WO2015043991A1 - Nutverschlussmasse, nutverschluss und verfahren zum herstellen eines nutverschlusses - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a NutverParkmasse for an electrical machine having for receiving an electrical conductor arrangement at least one groove with a slot opening, containing a magnetic filler, in particular a soft magnetic filler, and a reaction resin mixture comprising at least one resin component and a hardener component, the before the processing separately.
  • the invention further relates to a slot closure and a method for producing a slot closure for an electrical machine.
  • the slot closures are partially made soft magnetic.
  • the slot closures in the form of groove len, made of iron-filled laminates.
  • such a soft-magnetic slot closure is usually glued to the groove in order to achieve a good adhesive fit. Otherwise there is a risk that the slot wedge is released by the operating stresses (thermal load, thermal mechanical alternating load, alternating magnetic Bela ⁇ tung, environmental influences). This bonding is reliably executed only he ⁇ heblichem effort.
  • Another form of the soft-magnetic slot closure are iron powder-filled, curable epoxy resins, as described, for example, in the published patent applications DE 1 288 186 and DE 1 299 357.
  • the epoxy resins are pressed as pasty masses in the slot opening and then cured ther ⁇ mixed.
  • Such a slot seal is characterized ge ⁇ geninate the soft magnetic wedges by a permanent adhesive power.
  • the invention has for its object to provide an improved, curable, magnetic groove closure.
  • a Nutver ⁇ closing compound for an electrical machine having at least one groove with a slot opening for receiving an electrical conductor arrangement comprising:
  • Magnetic filler is also to be understood as meaning a magnetic filler mixture.
  • NutverBankmasse advantageously contains a Trocknungsmit ⁇ tel, especially a zeolite, to prevent the absorption of water by the reaction resin mixture or at least minimize.
  • the object is also achieved according to the invention by a slot closure of an electric machine from a NutverBankmasse according to one of the embodiments described above.
  • a Ver ⁇ drive for producing a slot seal for an electrical machine, comprising for receiving an electrical conductor arrangement, at least one groove having a groove opening, wherein
  • Component and a dianhydride-containing hardener component which are mixed to form a reaction resin mixture, and a magnetic filler, in particular a soft magnetic filler, is prepared, and
  • a slot closure 6 is arranged inside the slot 2.
  • the useful closure is formed from a Nutver gleichmasse 7, which contains a soft magnetic filler and a reaction resin mixture.
  • the reac tion ⁇ resin mixture is at least from a resin component, in the illustrated embodiment, an epoxy resin, a hardener and ter-component in this case a powdery

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Abstract

Eine Nutverschlussmasse (7) für eine elektrische Maschine, die zur Aufnahme einer elektrischen Leiteranordnung (3) mindestens eine Nut (2) mit einer Nutöffnung (5) aufweist, enthält einen Magnetfüllstoff, insbesondere einen weichmagnetischen Füllstoff sowie eine Reaktionsharzmischung umfassend mindestens eine Harz-Komponente und eine Härter-Komponente. Im Hinblick auf eine Verbesserung der Temperaturbeständigkeit und der mechanischen Festigkeit der Nutverschlussmasse wird als Härter-Komponente ein Dianhydrid eingesetzt.

Description

Beschreibung
Nutverschlussmasse, Nutverschluss und Verfahren zum Herstel¬ len eines Nutverschlusses
Die Erfindung betrifft eine Nutverschlussmasse für eine elektrische Maschine, die zur Aufnahme einer elektrischen Leiteranordnung mindestens eine Nut mit einer Nutöffnung aufweist, enthaltend einen Magnetfüllstoff, insbesondere einen weichmagnetischen Füllstoff, sowie eine Reaktionsharzmischung umfassend mindestens eine Harz-Komponente und eine Härter- Komponente, die vor der Verarbeitung getrennt vorliegen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Nutverschluss sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Nutverschlusses für eine elektrische Maschine.
Die Nuten von elektrischen Maschinen dienen zur Aufnahme von isolierten elektrischen Leitern bzw. Leiteranordnungen. Sie weisen im Regelfall eine Nutöffnung auf, über welche die Lei- ter bzw. Leiteranordnung in die Nut eingelegt wird. Insbesondere bei Hochspannungsmaschinen wird mit sogenannten „offenen Nuten" gearbeitet, wobei die Nutöffnung sich über die komplette Nutbreite erstreckt. Die Nutöffnung muss daher nach dem Einlegen des elektrischen Leiters bzw. der Leiteranord- nung verschlossen werden, um ein Aufsteigen der Leiter aus der Nut während des Betriebs der elektrischen Maschine zu verhindern .
Der Nutverschluss für solche Nutöffnungen wird üblicherweise mit festen Verschlusskörpern, sogenannten Nutkeilen, ausgeführt. Diese Nutkeile sind z.B. aus technischen Schichtpress¬ stoffen durch mechanische Bearbeitung gefertigt. Alternativ können sie aus thermoplastischen oder duroplastischen Formmassen durch Strangextrusion oder Spritzguss gefertigt sein.
Um die magnetische Flussführung im Bereich der Nutöffnung zu verbessern, sind die Nutverschlüsse teilweise weichmagnetisch ausgeführt. Dabei sind die Nutverschlüsse in Form von Nutkei- len, aus mit Eisen gefüllten Schichtpressstoffen ausgeführt. Ein solcher weichmagnetischer Nutverschluss wird allerdings üblicherweise mit der Nut verklebt, um einen guten Haftsitz zu erreichen. Ansonsten besteht die Gefahr, dass der Nutkeil sich durch die Betriebsbelastungen (thermische Belastung, thermomechanische Wechselbelastung, magnetische Wechselbelas¬ tung, Umwelteinflüsse) löst. Diese Verklebung ist nur mit er¬ heblichem Aufwand prozesssicher ausführbar.
Ein vorgefertigter Verschlusskörper, der als Nutverschluss eingesetzt wird, ist z.B. in der WO 2006/100291 AI beschrie¬ ben. Der Verschlusskörper besteht dabei aus einem Material mit einem thermoplastischen Polymermaterial und einem Magnet¬ füllstoff.
Eine weitere Form des weichmagnetischen Nutverschlusses sind mit Eisenpulver gefüllte, härtbare Epoxidharze, wie sie z.B. in den Offenlegungsschriften DE 1 288 186 und DE 1 299 357 beschrieben sind. Die Epoxidharze werden als pastenförmige Massen in die Nutöffnung eingedrückt und anschließend ther¬ misch gehärtet. Ein solcher Nutverschluss zeichnet sich ge¬ genüber den weichmagnetischen Keilen durch einen dauernden Haftsitz aus . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten, härtbaren, magnetischen Nutverschluss anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Nutver¬ schlussmasse für eine elektrische Maschine, die zur Aufnahme einer elektrischen Leiteranordnung mindestens eine Nut mit einer Nutöffnung aufweist, enthaltend:
einen Magnetfüllstoff, insbesondere einen weichmagneti¬ schen Füllstoff, sowie
eine Reaktionsharzmischung umfassend mindestens eine Harz- Komponente und eine Härter-Komponente, wobei die Härter-
Komponente ein Dianhydrid enthält. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Einsatz von einem Dianhydrid, welches insbesondere pulverförmig vor¬ liegt, als Härter oder Mit-Härter in der Reaktionsharzmischung die Temperaturbeständigkeit und die mechanische Festigkeit der Nutverschlussmasse deutlich verbessert. Die
Reaktionsharzmischung eignet sich somit für einen Anwendungstemperaturbereich über 155 °C, somit lässt sich problemlos die Wärmeklassen F abdecken, ggf. auch höhere Wärmeklassen. Die Härter-Komponente, in diesem Fall das Dianhydrid, hat einen Anteil θΠ Cä . 5"6 bis maximal 50 Gew.-% der Reaktionsharz¬ mischung .
Unter Magnetfüllstoff ist hierbei auch ein Magnetfüllstoffge- misch zu verstehen.
Die Harz-Komponente und die Härter-Komponente der Reaktions¬ harzmischung liegen dabei vor der Verarbeitung oder Herstellung der Nutverschlussmasse zunächst getrennt vor und werden insbesondere unmittelbar vor dem Einbringen der Nutver- Schlussmasse in eine Nut der elektrischen Maschine miteinan¬ der vermengt. Das Abmischen von Harz- und Härter-Komponente und Magnetfüllstoff kann in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Magnet¬ füllstoff zunächst der Harz-Komponente beigemischt wird. An- schließend härtet die Nutverschlussmasse aufgrund der in der Reaktionsharzmischung erfolgenden Polyaddition aus. Da die Reaktionsharzmischung auch bei Raumtemperatur aushärtet, wird die Nutverschlussmasse insbesondere an ihrem Einsatzort ver¬ mengt. Denkbar ist auch die Nutverschlussmasse oder zumindest der Reaktionsharzmischung der Nutverschlussmasse wenige Stunden vor ihrer Anwendung in der Nutöffnung herzustellen.
Vorzugsweise wird als Dianhydrid in der Reaktionsharzmischung ein 3 , 3 ' , 4 , 4 ' -Benzophenonetetracarboxylic Dianhydride (CAS 2421-28-5) und/oder Pyromellitic Dianhydride (CAS 89-32-7) und/oder 3 , 3 ' , 4 , 4 ' -Biphenyltetracarboxylic Dianhydride (CAS 2420-87-3) verwendet. Zweckdienlicherweise ist die Harz-Komponente der Reaktions¬ harzmischung ein Epoxidharz. Das Epoxidharz reagiert mit dem Dianhydrid auf geeignete Weise zu einem Reaktionsharzform- stoff .
Da das Dianhydrid sowie Anhydride im Allgemeinen in der Reak¬ tionsharzmischung mit der Zeit Feuchtigkeit ziehen, enthält die Nutverschlussmasse vorteilhafterweise ein Trocknungsmit¬ tel, insbesondere ein Zeolith, um die Wasseraufnahme durch die Reaktionsharzmischung zu verhindern oder wenigstens zu minimieren .
Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante enthält die Nut¬ verschlussmasse zudem organische und/oder anorganische Nano- partikel, insbesondere Core-Shell-Nanopartikel oder anorgani¬ sche Nanopartikel auf Si02-Basis. Die Nanopartikel verbessern insbesondere das Fließverhalten der Reaktionsharzmischung und die Schlagzähigkeit des gehärteten Nutverschlusses. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist die Nutverschlussmasse eine Glasübergangstemperatur auf, die gleich oder größer 200 °C ist. Dies ist vorteilhaft, da mit dem Überschreiten der Glasübergangstemperatur eine deutliche Veränderung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften einhergeht. Um den Einsatz des Nutverschlusses bei möglichst hohen Temperaturen zu ermöglichen, wird somit durch eine geeignete Zusammensetzung der Nutverschlussmasse eine Glasüber¬ gangstemperatur von 200 °C oder mehr eingestellt. Im Hinblick auf eine hohe magnetische Permeabilität des Nut¬ verschlusses ist vorgesehen, dass in der Nutverschlussmasse der Magnetfüllstoff oder das Magnetfüllstoffgemisch vorzugsweise einen Anteil von mindestens 85 Gew.-% aufweist. Darüber hinaus wird ein höherer Anteil des Magnetfüllstoffs erreicht, indem der Magnetfüllstoff vorteilhafterweise in Form von bimodalen bis multimodalen Partikelgrößenverteilungen vorliegt. Dies bedeutet, dass der Magnetfüllstoff min- destens zwei Partikelgrößenverteilungen aufweist, wobei die kleineren Partikel insbesondere die Zwischenräume zwischen den größeren Partikeln ausfüllen. Auf diese Weise wird eine möglichst hohe Packungsdichte geschaffen, welche wiederum in eine hohe Permeabilität resultiert. Der Magnetfüllstoff ent¬ hält ein Eisenpulver, insbesondere ein Schwammeisenpulver oder ein Carbonyleisenpulver . Das Eisenpulver hat eine mittlere Partikelgröße zwischen etwa 40 und 500 ym, insbesondere von etwa 200 ym bis 300 ym. Grundsätzlich sind aber auch Partikelgrößen kleiner als 40 ym bzw. größer als 500 ym möglich.
Weiterhin von Vorteil ist, dass die Nutverschlussmasse fase¬ rige Füllstoffe mit einer Faserlänge von 50 ym bis 10000 ym, insbesondere von 100 ym bis 5000 ym, insbesondere von 100 ym bis 3000 ym, enthält. Solche faserige Füllstoffe bewirken ei¬ ne Erhöhung der mechanischen Festigkeit. Als faserige Füll¬ stoffe werden beispielsweise anorganische Fasern wie Glasfa¬ sern bzw. auch organische Fasern wie Aramidfasern verwendet. Zudem sind auch beliebige Fasermischungen möglich.
Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch einen Nutverschluss einer elektrischen Maschine aus einer Nutverschlussmasse nach einer der oben beschriebenen Ausführungen.
Die Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß gelöst durch ein Ver¬ fahren zum Herstellen eines Nutverschlusses für eine elektrische Maschine, die zur Aufnahme einer elektrischen Leiteranordnung mindestens eine Nut mit einer Nutöffnung aufweist, wobei
eine Nutverschlussmasse aus mindestens einer Harz-
Komponente und einer ein Dianhydrid enthaltenden Härter- Komponente, die zu einer Reaktionsharzmischung vermischt werden, sowie einem Magnetfüllstoff, insbesondere einem weichmagnetischen Füllstoff, hergestellt wird, und
die Nutverschlussmasse nach dem Einbringen der Leiteranordnung zum Verschluss der Nutöffnung in die Nut eingebracht wird. Um ein Aushärten der Nutverschlussmasse zu beschleunigen, wird die Nutverschlussmasse bevorzugt nach dem Einbringen in die Nut wärmebehandelt, wobei die Wärmebehandlung bei 70 °C bis 250°c, insbesondere bei 120°C bis 160°C, erfolgt.
Die in Bezug auf die Nutverschlussmasse bereits angegebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungen lassen sich sinngemäß auf das Verfahren zum Herstellen eines Nutverschlusses übertragen .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt die einzige Figur ein Ausführungsbeispiel eines Stators einer elektrischen Maschine mit einem magnetischen Nutverschluss .
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel eines Stators 1 ei¬ ner elektrischen Maschine in einem Teilquerschnitt gezeigt. Der Stator 1 umfasst eine Nut 2, in der eine elektrische Lei¬ teranordnung 3 platziert ist. Die nur schematisch gezeigte Leiteranordnung 3 kann als elektrische Einzel-Leiter oder auch als Kombination mehrerer elektrischer Teil-Leiter ausgeführt sein. Sie ist mit einer elektrischen Isolierung 4 umgeben und ist Teil einer Spulenwicklung des Stators 1. Grund¬ sätzlich können die Nut 2 und die Leiteranordnung 3 anstelle im Stator 1 auch in einem Rotor der elektrischen Maschine vorgesehen sein.
Im Bereich einer Nutöffnung 5 ist innerhalb der Nut 2 ein Nutverschluss 6 angeordnet. Der Nutzverschluss ist aus einer Nutverschlussmasse 7 ausgebildet, die einen weichmagnetischen Füllstoff sowie eine Reaktionsharzmischung enthält. Die Reak¬ tionsharzmischung ist zumindest aus einer Harzkomponente, im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Epoxidharz, und einer Här- ter-Komponente, die in diesem Fall ein pulverförmiges
Dianhydrid wie z.B. CAS 2421-28-5 enthält, zusammengesetzt. Die Nutverschlussmasse 7 kann zudem ein Zeolith als Trocken- haltemittel, organische und/oder anorganische Nanopartikel sowie faserige Füllstoffe enthalten. Der Anteil des Magnetfüllstoffs in der Nutverschlussmasse 7 beträgt mindestens 85 Gew.-%. Der Anteil des Dianhydrids in der Reaktionsharzmischung liegt zwischen 5% und 50%. Die Komponenten der Nutverschlussmasse 7 oder zumindest die Kompo- nenten der Reaktionsharzmischung werden insbesondere unmittelbar vor ihrem Einbringen in die Nutöffnung 5 zusammengemischt. Nachdem die Nutverschlussmasse 7 in der Nutöffnung 5 eingebracht ist, wird sie insbesondere auf über 120 °C er¬ hitzt, wodurch die Polyadditionsreaktion in der Nutver- Schlussmasse beschleunigt wird, so dass die Nutverschlussmas¬ se 7 zum Nutverschluss 6 aushärtet.
Eine derart hergestellte Nutverschlussmasse 7 zeichnet sich durch eine hohe Chemikalienbeständigkeit, durch eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie mechanische Festigkeit, durch eine hohe magnetische Permeabilität aufgrund des hohen An¬ teils am Magnetfüllstoff, sowie durch eine gute Anhaftung an die Nutflanken auch bei erhöhter Temperatur im Einsatz der elektrischen Maschine aus. Aufgrund ihrer Zusammensetzung weist die Nutverschlussmasse 7 insbesondere eine Glasüber¬ gangstemperatur größer 200 °C auf. Der Anwendungsbereich des Nutverschlusses 6 liegt in Wärmeklasse F oder größer, d.h. im Betrieb der elektrischen Maschine kann eine Temperatur von insbesondere 155 °C erreicht und ggf. überschritten werden.

Claims

Patentansprüche
1. Nutverschlussmasse (7) für eine elektrische Maschine, die zur Aufnahme einer elektrischen Leiteranordnung (3) mindes- tens eine Nut (2) mit einer Nutöffnung (5) aufweist, enthal¬ tend :
einen Magnetfüllstoff, insbesondere einen weichmagneti¬ schen Füllstoff, sowie
eine Reaktionsharzmischung umfassend mindestens eine Harz- Komponente und eine Härter-Komponente,
dadurch gekennzeichnet, dass die Härter-Komponente ein
Dianhydrid enthält.
2. Nutverschlussmasse (7) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass als Dianhydrid 3, 3', 4,4'- Benzophenonetetracarboxylic dianhydride (CAS 2421-28-5) und/oder Pyromellitic Dianhydride (CAS 89-32-7) und/oder 3, 3 ', 4 , 4 ' -Biphenyl tetracarboxylic dianhydride
(CAS 2420-87-3) verwendet wird.
3. Nutverschlussmasse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Harz-Komponente ein Epoxid¬ harz ist.
4. Nutverschlussmasse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
enthaltend ein Trockenhaltemittel , insbesondere ein Zeolith.
5. Nutverschlussmasse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch organische und/oder anorganische Nano- partikel .
6. Nutverschlussmasse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einer Glasübergangstemperatur gleich oder größer 200°C.
7. Nutverschlussmasse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Anteil am Magnetfüllstoff, der mindestens 85 Gew.-% beträgt.
8. Nutverschlussmasse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfüllstoff in Form von bimodalen bis multimodalen Partikelgrößenverteilungen vor- liegt.
9. Nutverschlussmasse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch faserige Füllstoffe mit einer Faserlänge von 50 ym bis 10000 ym, insbesondere von 100 ym bis 5000 ym, insbesondere von 100 ym bis 3000 ym.
10. Nutverschluss (6) einer elektrischen Maschine aus einer Nutverschlussmasse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che.
11. Verfahren zum Herstellen eines Nutverschlusses (6) für eine elektrische Maschine, die zur Aufnahme einer elektri¬ schen Leiteranordnung (3) mindestens eine Nut (2) mit einer Nutöffnung (5) aufweist, wobei
eine Nutverschlussmasse aus mindestens einer Harz- Komponente und einer ein Dianhydrid enthaltenden Härter- Komponente, die zu einer Reaktionsharzmischung vermischt werden, sowie einem Magnetfüllstoff, insbesondere einem weichmagnetischen Füllstoff, hergestellt wird, und
die Nutverschlussmasse (7) nach dem Einbringen der Leiteranordnung (3) zum Verschluss der Nutöffnung (5) in die Nut (2) eingebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei die Nutverschlussmasse (7) nach dem Einbringen in die Nut (2) bei 70°C bis 250°C, insbesondere bei 120°C bis 160°C, wärmebehandelt wird.
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